5.1 原子核的组成 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

原子核的组成 核心素养目标 物理观念：天然放射现象、放射性元素、α射线、β射线、γ射线． 科学思维：三种射线的本质、特点及应用． 科学探究：三种射线的穿透本领． 科学态度与责任：了解发现天然放射现象的相关史实. 关于原子核内部信息的研究，最早来自矿物的天然放射现象。 那么，人们是怎样从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核秘密的呢? 问题导入 二、射线到底是什么 　 【思考】 提示:甲为β射线,乙为γ射线,丙为α射线。 1.α射线:实际上就是氦原子核，速度可达到光速的1/10,其电离能力强，穿透能力较弱,在空气中只能前进几厘米,用一张纸就能把它挡住。 2.β射线:是高速电子流，它速度很大,可达光速的99%,它的电离能力较弱,穿透能力较强,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板。 3.γ射线:呈电中性,是能量很高的电磁波,波长很短,在10-10 m以下,它的电离作用更弱,穿透能力更强,甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。 4.放射线来自原子核,说明原子核内部是有结构的。 天然放射现象的三种射线 1.三种射线的比较: 2.三种射线在电场和磁场中的偏转: (1)在匀强电场中,γ射线不发生偏转,做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动,在同样的条件下,β粒子的偏移大,如图所示。位移x可表示为 x=1/2at2= 所以,在同样条件下β粒子与α粒子偏移之比为 (2)在匀强磁场中:γ射线不发生偏转,仍做匀速直线运动,α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动,且在同样条件下,β粒子的轨道半径小,如图所示。 根据qvB=mv2/R 得R= 所以,在同样条件下β粒子与α粒子的轨道半径之比为 【特别提醒】 元素的放射性 如果一种元素具有放射性,那么不论它是以单质的形式存在,还是以某种化合物的形式存在,放射性都不受影响。也就是说,放射性与元素存在的状态无关,放射性仅与原子核有关。因此,原子核不是组成物质的最小微粒,原子核也存在着一定结构。 【思考·讨论】 如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。 (1)α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转说明了什么? 提示:说明α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。 (2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,但α射线的偏转半径大于β射 线的偏转半径说明什么问题? 提示:说明α射线比荷小于β射线的比荷。 1919年，卢瑟福用镭放射出的α 粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了一种新的粒子（图5.1-4） 质子的发现 三、原子核的组成 根据这种粒子在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷量，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的 1836 倍。它就是氢原子核，叫作质子，用p表示 后来，人们用同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子── 由此断定，质子是原子核的组成部分。 思考与讨论：原子核是否只是由质子组成呢？ 原子核的质量 质子的质量 原子核的电量 质子电量 ？ 绝大多数原子核的质量与质子质量之比都大于原子核的电量与质子电量的比值。 > 卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着另一种粒子，它的质量与质子相同，但不带电，他把这种粒子叫作中子 中子的发现 1932 年，卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想，发现了中子 中子不带电，用 n 表示。中子的质量是 mn ＝ 1.674 927 471×10-27 kg 查德威克用α粒子轰击铍原子核，产生中子 质子和中子 原子核的组成 中子 质子 统称核子 10－15 m 原子核的组成 中子和质子除了是否带电的差异以及质量上的微小差别外，其余性质十分相似，而且，都是原子核的组成成分，所以统称为核子 (1) 核子数：质子数和中子数之和叫核子数。 (2) 电荷数 ( Z )：原子核所带的电荷总是质子数的整数倍，用这个整数表示电荷量。 (3) 质量数( A )：原子核的质量等于质子和中子的质量和，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数，叫质量数。 原子核中的三个整数 （核）电荷数 质量数 元素符号 (1) 核电荷数 = 质子数 = 元素的原子序数 =核外电子数 (2) 质量数 = 核子数 = 质子数 + 中子数 原子核中的两个等式 同 位 素 氢的同位素 元素的性质与原子核外的电子有密切的关系。同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，它们就会具有相同的化学性质 但是，它们的中子数可能不同。这些具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素 氢 重氢 超重氢 1、威尔逊云室：利用射线的电离本领 构造：一个圆筒状容器，底部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净空气。 实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和状态。 构由微观粒子构成的射线，肉眼是看不见的，但是，射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，会显示射线的存在，威尔逊云室就是一种常用的射线探测装置 这时如果有粒子在室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显出粒子运动的径迹 云室里面有干净的空气。实验时，先往云室里加少量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速向下拉动活塞，室内气体膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。 图5.1-3中甲、乙两图分别是α射线和β射线在云室中的径迹。α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而清晰。 高速β粒子的径迹又细又直， 低速β粒子的径迹又短又粗而且是 弯曲的。γ射线的电离本领很小， 在云室中一般看不到它的径迹。 例1. 人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从( ) A. 发现电子开始 B. 发现质子开始 C. 进行a粒子散射实验开始的 D. 发现天然放射现象开始的 D 课堂练习 例2：天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(　　) A. ②来自于原子核外的电子 B. ①的电离作用最强，是一种电磁波 C. ③的电离作用较强，是一种电磁波 D. ③的电离作用最弱，是一种电磁波 D 课堂练习 例3. 若用x代表一个中性原子的核外的电子数，y代表磁原子的原子核内的质子数，z代表磁原子的原子核内的中子数，则对 的原子来说，x、y、z分别是多少？ 解：左下标示质子数，左上标示质量数，则y=8。 中性原子的核外电子数等于质子数，所以x=8。 中子数等于质量数减去质子数，z=17-8=9。 课堂练习 一、天然放射现象 1. 放射性和放射性元素 2. 天然放射性现象 二、射线到底是什么 三、质子和中子的发现 三种射线：α 射线、β 射线、γ 射线 四、原子核的组成 核电荷数 = 质子数 = 元素的原子序数 = 荷外电子数 质量数 = 核子数 = 质子数 + 中子数 $$